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학술

정확하게 통풍 조기진단 가능한 나노바이오센서 개발

Biosensors & Bioelectronics 논문 게재, 6월 10일(목) 오전 온라인 공개(한국시간)

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고대 윤대성 교수팀, 신장세포막을 전극에 코팅하는 방식 활용

 
    
고려대학교(총장 정진택) 바이오의공학과 윤대성 교수 연구팀은 기존의 전기화학센서에 신장 세포막을 코팅하여 혈액 내의 요산 선택적 투과도를 높여 정확한 통풍 조기진단을 가능하게 했다. 



이번 연구결과는 Elsevier에서 발행하는 분석화학(Analytical chemistry)분야 최고 권위지인 「Biosensors & Bioelectronics」(IF=10.257, JCR 분야 상위 0.581%)에 한국시간 6월 10일(목) 오전 온라인 공개됐다.



통풍은 주로 손가락 및 발가락 관절 마디에 요산이 축적되어 생기는 질병이다. 요산은 퓨린의 최종 대사물질로써, 퓨린은 육류, 어류에 풍부하게 존재한다. 그렇기 때문에 기름진 음식을 자주 즐기는 상류층 사람이 걸린다는 의미로 ‘황제병’, ‘귀족병’ 등의 명칭이 붙었으나 서구화된 식습관으로 최근엔 ‘서민질환’으로 분류되고 있다. 혈액 내 요산의 농도가 높아지면 요산은 관절에 요산 결정체를 형성하여 염증을 유발한다. 요산 결정체는 관련 관절부를 움직일 때마다 고통을 수반하여 일상생활에 지장을 준다. 

현재 통풍 진단을 하기위해 광학현미경과 X-ray를 활용하고 있다. 광학현미경으로는 환자의 관절에서 윤활액을 주사기로 추출하여 요산결정체가 있는지 확인하는 방식으로 윤활액의 추출시 환자의 고통을 수반한다. X-ray 진단방식은 비침습적으로 환자의 고통을 수반하지 않으나, 해상도가 낮아 통풍의 조기진단이 불가능하다.

이를 극복하기 위해 혈액 내 요산의 농도를 측정하여 조기진단에 활용하는 연구가 활발히 일어났다. 하지만 요산은 항산화 물질이며 체내 농도가 비교적 낮은 편이라 체내 다른 항산화물질의 간섭현상에 의해 농도를 정밀하게 측정하기 어려움이 있
어왔다.



연구팀은 사람의 신장에서 요산이 배설되는 현상을 주목하여 신장의 요산 수송체가 핵심적인 역할을 하는 것을 파악 후, 요산 수송체라는 막단백질을 가지는 신장세포의 세포막을 고농도로 추출 및 정제했다. 그 후 신장세포막을 기존의 전기화학센서에 코팅하여 그 성능을 검증했다. (그림1) 




신장세포막을 코팅한 요산 전기화학센서는 기존의 요산 전기화학센서와 비슷한 민감도를 나타냈으며, 요산의 탐지를 방해하는 체내의 항산화물질들 (아스코르브산 (비타민C), 바르비투르산, 리포산, 글루타티온, 니코틴아마이드)에 영향을 받지 않고 안정적인 신호 값을 나타냈다. (그림2) 뿐 만 아니라 0-1000 µM의 요산 범위 내에서 8.5 µM의 검출 한계로 요산을 조기 진단할 수 있으며, 3주간의 보관에도 성능을 잃지 않았다. 
 



윤대성 고려대 교수는 “이번 연구에서 고안한 신장세포막 코팅 요산 전기화학센서는 기존의 통풍 진단의 문제점이었던 통풍 환자의 고통 수반 및 조기진단의 불가능성을 극복하는 데 기여할 수 있을 것”이라며 “정확한 수치의 요산 진단을 방해하는 체내의 항산화 물질 이외에 다양한 종류의 방해 물질들에 대한 방어도 고려해야한다”고 말했다.

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